BIOLOGI | 81

Pembelajaran 4: Genetika dan Pewarisan Sifat

Sumber: Modul Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan (PKB)

Modul KK D dan F, Genetika dan Pewarisan Sifat

Penulis: Any Suhaeny, M. Si

A. Kompetensi

Setelah mempelajari materi Genetika dan Pewarisan Sifat, peserta diharapkan

menguasau kompetensi sebagai berikut:

1. Memahami Hukum Mendel I dan II dalam pewarisan sifat

2. Menguasai macam-macam interaksi gen dalam pewarisan sifat

B. Indikator Pencapaian Kompetensi

1. Menjelaskan struktur dan fungsi kromosom, Gen, DNA, dan RNA

2. Membedakan DNA dan RNA

3. Menjelaskan proses sintesis protein

4. Menjelaskan kode genetik

5. Menjelaskan hukum mendel dalam proses pewarisan sifat;

6. Menerapkan hukum Mendel I dan II secara teoritis dalam persilangan

tumbuhan;

7. Menentukan macam-macam interaksi gen yang terjadi pada makhluk hidup;

8. Menerapkan interaksi gen dalam dalam persilangan;

9. Menjelaskan pola pewarisan sifat pada makhluk hidup berdasarkan Hukum

Mendel

C. Uraian Materi

1. Materi Genetika

1. Kromosom, Gen, dan DNA

Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang tersusun dari DNA dan

molekul lain di mana informasi genetik tersimpan sel (Gambar 125). Kromosom

82 | BIOLOGI

terdiri atas dua bagian, yaitu sentromer yang merupakan pusat kromosom

berbentuk bulat dan lengan kromosom (arm) yang mengandung kromonema &

gen berjumlah dua buah (sepasang). Sifat-sifat kromosom adalah: (a). Hanya

terlihat pada waktu sel membelah. (b). Mempunyai ukuran panjang antara 0,2 –

40 m (mikron). (c). Kromosom pada sel prokariotik hanya memiliki satu

kromosom dan tidak terletak di dalam inti sel. (d). Kromosom sel eukariotik,

jumlahnya bervariasi menurut jenis organisme dan terdapat di dalam nukleus.

(e). Umumnya memiliki susunan kimia yang terdiri dari protein, DNA, dan RNA.

(f). Protein terdiri dari histon dan nonhiston. (g). Memiliki beberapa enzim yang

terlibat dalam sintesis DNA dan RNA.

Gambar 53. Hubungan DNA dengan Kromosom Sumber : Campbell, et al 2006

Gen merupakan unit hereditas suatu organisme hidup, dan tersimpan dalam

kedudukan tertentu pada kromosom. Gen ini berupa kode dalam material genetik

organisme, yang kita kenal sebagai molekul DNA, atau RNA pada beberapa

virus. Ekspresi gen dipengaruhi oleh lingkungan internal atau eksternal seperti

perkembangan fisik atau perilaku dari organisme itu. Gen berupa daerah urutan

basa nukleotida baik yang mengkode suatu informasi genetik (ekson) dan juga

daerah yang tidak mengkode informasi genetik (intron). Hal ini penting untuk

pembentukan suatu protein yang fungsinya diperlukan di tingkat sel, jaringan,

organ atau organisme secara keseluruhan.

BIOLOGI | 83

Kromosom secara sederhana dapat diibaratkan dengan untaian manik-manik.

Untaian manik-manik diibaratkan kromosom, dengan manik-manik sebagai gen.

Untaian manik-manik yang serupa dapat menjadi pasangannya yang homolog

(Tabel 1). Gen-gen pada posisi yang sama (lokus) di sepasang kromosom yang

homolog tersebut menentukan sifat makhluk hidup.

Gen yang dominan (diberi simbol dengan huruf kapital) selalu muncul sebagai

sifat yang nampak. Gen yang resesif (diberi simbol dengan huruf kecil) hanya

bisa muncul sebagai sifat yang nampak bila berpasangan dengan gen yang

resesif lagi. Jadi, genotip AA atau Aa akan muncul sebagai fenotip A. Sedangkan

gen a hanya akan muncul sebagai fenotip a bila genotipnya aa. Organisme yang

mempunyai dua gen yang sama pada satu lokus (AA atau aa) disebut

homozigot, sedangkan yang mempunyai pasangan gen alternatif (Aa) disebut

heterozigot. Gen alternatif (A atau a) disebut alel.

Tabel 3 Beberapa karakteristik pasangan kromosom homolog

Diagram

kromosom

Pasangan

Genotip aa

Homozigot

Bb

Heterozigot

Status gen Resesif B = dominan

b = resesif

Fenotip a B

Sebuah alel adalah salah satu dari dua atau lebih bentuk-bentuk alternatif

sebuah gen yang dapat berada pada satu lokus. Sebuah alel adalah salah satu

bentuk varian gen pada lokus tertentu, atau lokasi, pada suatu kromosom. Alel

berbeda menghasilkan variasi dalam pewarisan sifat seperti warna rambut,

warna mata atau golongan darah. Seperti terlihat pada gambar 126 yang

menggambarkan adanya varian gen untuk warna mata pada Drosophila sp.

84 | BIOLOGI

Gambar 54. Alel warna mata pada Drosophila sp.

Sumber: Campbel, et al, 2009

2. DNA dan RNA

DNA adalah suatu polimer yang dibangun dari empat jenis monomer yang

berbeda yang dinamakan dengan nukleotida. Informasi yang dimiliki gen

diwariskan dalam bentuk urutan nukelotida spesifik masing-masing gen. DNA

(deoxyribo-nucleic acid, asam deoksiribo-nukleat) merupakan persenyawaan

kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan

genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya dari

satu generasi ke generasi berikutnya. (Suryo, 2004:57). DNA merupakan suatu

polimer nukleotida berupa rantai ganda yang berpilin (double heliks).

Molekul nukleotida terbentuk dari gula ribosa/deoksiribosa, basa nitrogen, dan

gugus phospat (gambar 127). Basa nitrogen terdiri atas purin (Adenin/A dan

Guanin/G) dan Pirimidin (Sitosin/C dan Timin/T). A selalu berpasangan dengan

T, C selalu berpasangan dengan G. Nukleotida diibaratkan sebuah tangga

dimana: “Anak tangganya” adalah susunan basa nitrogen ( A – T dan C – G) dan

Kedua “ibutangganya” adalah gula ribose/deoksiribosa. Model DNA pertama kali

dibuat pada tahun 1953 oleh James D. Watson dari Amerika Serikat dan Francis

Crick dari Inggris, seperti terlihat pada gambar 127 di bawah.

BIOLOGI | 85

Gambar 55. Nukleotida

Sumber: Campbel, et al, 2009

DNA mempunyai fungsi sebagai berikut: (a) Menyampaikan informasi genetik

kepada generasi berikutnya, karena DNA mampu melakukan proses replikasi. (b)

sebagai cetakan (template) untuk kode asam amino pada DNA/kodon. (c)

Sebagai pengatur seluruh metabolisme sel.

3. Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah suatu tahapan penggandaan DNA yang terjadi pada saat

sebelum pembelahan sel (interfase tahap sintesis DNA). Replikasi dilakukan

dalam upaya membentuk DNA yang sama pada sel hasil pembelahannya. Dalam

proses replikasi DNA diperlukan enzim helikase, DNA polimerase, ligase, ATP,

GTP, CTP dan TTP. Enzim helikase berfungsi sebagai pembuka rantai ganda

heliks. Enzim DNA polimerase akan membentuk DNA baru dari satu rantai

tunggal DNA. Enzim DNA ligase berperan dalam melekatkan setiap fragmen

Okazaki yang merupakan rantai pasangan semula yang tidak berhubungan

menjadi satu rantai yang utuh. Replikasi diawali dengan sintesis RNA primer.

Arah replikasi 5’---- 3’

Beberapa model replikasi DNA, yaitu

a. Teori konservatif: Pita DNA rangkap heliks tidak berpisah, langsung menjadi

cetakan bagi pita DNA baru. Akhirnya terbentuk dua pita rangkap heliks yang

sama seperti asalnya .

86 | BIOLOGI

b. Teori semi konservatif: Pita DNA rangkap heliks memisahkan diri menjadi dua

pita tunggal yang berperan sebagai pola cetakan. Setiap pita lama membentuk

pita baru pasangannya, akhirnya terbentuk dua pita rangkap heliks yang sama

seperti asalnya.

c. Teori dispersive: Pita DNA heliks rangkap terputus-putus atas beberapa

potongan. Setiap potongan berpola sebagai pola cetakan, membentuk DNA baru

pasangannya. Akhirnya terbentuk pita rangkap heliks yang sama seperti asalnya.

Penjelasan tentang model replikasi tersebut dapat dilihat pada gambar 128

berikut ini.

Gambar 56. Replikasi DNA Sumber: Campbel et al, 2004

4. RNA

RNA merupakan polinukleotida, namun ukurannya jauh lebih pendek dari

polinukleotida penyusun DNA (Gambar 129). RNA hanya terdiri dari satu rantai.

Gula pentosa yang menyusun RNA adalah gula ribosa. Basa nitrogen yang

menyusun RNA adalah: a. Purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), b.

Pirimidin yang terdiri dari sitosin (C) dan urasil (U) RNA dibentuk oleh DNA di

dalam inti sel.

BIOLOGI | 87

Gambar 57. Nukleotida RNA Sumber : Campbel et al.,2004

a) Macam-Macam RNA

1) RNA messenger (RNA duta) berfungsi membawa informasi genetik dari

DNA berupa pesan dari inti sel ke ribosom di sitoplasma. Pesan pesan ini berupa

triplet basa nitrogen yang ada pada RNA duta yang disebut kodon. Kodon pada

RNA duta merupakan komplemen dari kodogen, yaitu urutan basa- basa

nitrogen/nukelotida pada DNA yang dipakai sebagai pola cetakan. Peristiwa

pembentukan RNA duta oleh DNA di dalam inti sel, disebut transkripsi. Contoh:

Kodogen (DNA) = ACG TGG ATA CCT

Kodon (triplet basa RNA d) = UGC ACC UAU GGA

2) RNA transfer (RNA pembawa asam amino dalam bentuk aminoasil

tRNA). RNA pembawa berfungsi mengenali kodon dan menerjemahkan menjadi

asam amino di ribosom. Penerjemahan kode pada mRNA oleh tRNA dikenal

dengan nama translasi. Urutan basa nitrogen pada RNA transfer disebut

antikodon. Bentuk RNA transfer seperti daun semanggi dengan 4 ujung yang

penting, yaitu: 1) Ujung pengenal kodon yang berupa triplet basa yang disebut

antikodon. 2) Ujung perangkai asam amino yang berfungsi mengikat asam

amino. 3) Ujung pengenal enzim yang membantu mengikat asam amino. 4)

Ujung pengenal ribosom. Contoh: Apabila kodon dalam RNA duta mempunyai

88 | BIOLOGI

urutan UGC ACC UAU GGA maka antikodon yang sesuai pada RNA transfer

adalah ACG UGG AUA CCU.

3) Ribosom RNA (RNAr) berfungsi sebagai tempat pembentukan protein.

Ribosom terdiri dari 2 sub unit, yaitu: 1) Sub unit kecil yang berperan dalam

mengikat RNA duta. 2) Sub unit besar yang berperan untuk mengikat RNA

transfer yang sesuai.

5. Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan suatu proses yang komplek, termasuk di dalamnya

penerjemahan kode-kode pada RNA menjadi polipeptida. Sintesis protein

melibatkan DNA, RNA, ribosom, asam amino, dan enzim. Sintesis protein

membutuhkan bahan dasar asam amino, dan berlangsung di dalam inti sel dan

ribosom (sitoplasma).

Tahap-tahap sintesis protein dibagi menjadi 2 yaitu: Transkripsi dan Translasi

a. Transkripsi

1) Berlangsung dalam inti sel.

2) Dimulai dengan membukanya rantai DNA heliks ganda membentuk

gelembung transkripsi. Dengan demikian RNA polimerase berikatan dengan

DNA.

3) Pita DNA yang berfungsi sebagai pencetakan RNA disebut pita template

atau antisense dan pita DNA yang tidak mencetakan RNA disebut dengan pita

sense.

4) Pita RNA dibentuk sepanjang pita DNA pencetak (template) dengan

urutan basa nitrogennya komplementer dengan basa nitrogen yang ada pada

pita cetakan DNA.

5) Pita RNA yang telah selesai menerima pesan genetik dari pita DNA

pencetak segera meninggalkan inti nukleus menuju ke ribosom, tempat sintesis

protein dalam sitoplasma. Pita RNA menempatkan diri pada leher ribosom.

6) RNA yang ada dalam sitoplasma bersiap-siap untuk berperan dalam

proses translasi (sintesis protein).

Proses transkripsi lebih jelas dapat dilihat pada gambar 130 berikut ini.

BIOLOGI | 89

Gambar 58. Proses Transkripsi Sumber: Campbel et al., 2009

b. Translasi

1) RNAd dan RNAt setelah sampai di ribosom selanjutnya tiga basa nitrogen

pada antikodon RNAt berpasangan dengan tiga basa nitrogen pada kodon

RNAd. Misalnya AUG pada kodon RNAd berpasangan dengan UAC pada

antikodon RNAt, sehingga asam amino diikat oleh RNAt adalah metionin.

Dengan demikian nama asam amino merupakan terjemahan dari basa-basa

nitrogen yang ada pada RNAd.

2) Ribosom dengan RNAd bergerak satu kodon.

3) Sebuah asam amino ditambahkan pada rantai polipeptida.

4) Asam amino yang pertama (metionin) segera lepas dari RNAt kembali ke

sitoplasma untuk mengulang fungsinya dengan cara yang sama. RNAt

berikutnya datang untuk berpasangan dengan kodon RNAd berikutnya.

Proses keseluruhan ini berkesinambungan sampai terbentuk polipeptida tertentu

yang terdiri dari asam amino dengan urutan basa nitrogen tertentu (Gambar 59).

90 | BIOLOGI

Gambar 59. Proses Translasi Sumber: Campbel et al., 2009

6. Kode Genetik

Kode genetik, yaitu instruksi berupa kode-kode yang menentukan macam protein

yang akan dibuat (Gambar 132). Instruksi melalui kode genetik berupa kodon

pada RNA tersebut ditranskripsi dari DNA dengan bantuan RNA polimerase.

Ciri-ciri kodon menurut Nirenberg, dkk (1961), yaitu:

a. Terdiri dari triplet, artinya 3 basa membentuk kodon

b. Non overlapping, artinya susunan 3 basa pada kodon tidak dibaca ulang

sebagai kodon berikutnya (tumpang tindih).

c. Degenerate, artinya 1 asam amino mempunyai kodon lebih dari satu.

d. Universal, artinya kode yang sama berlaku untuk semua makhluk hidup.

Gambar 60. Kode Gentika (Sumber: Campbell et all, 2009)

BIOLOGI | 91

Ciri khas protein ditentukan oleh jumlah asam amino, macam, dan urutan asam

amino yang membangunnya. Umumnya terdapat 20 macam asam amino di alam

yang akan membentuk protein sebagai kodon yang tersusun dari 4 macam basa

nitrogen berjumlah 64. Dengan demikian terdapat kodon-kodon sinonim

(degenerate), artinya satu asam amino dikode lebih dari satu kodon.

2. Pewarisan Sifat

1. Hukum Mendel

Johann Mendel lahir tanggal 22 Juli 1822 di kota kecil Heinzendorf di Silesia,

Austria. (Sekarang kota itu bernama Hranice wilayah Republik Ceko.) Johann

Gregor Mendel adalah orang yang sampai kini dianggap sebagai peletak dasar

ilmu keturunan atau genetika. Semasa hidupnya, beliau senang melakukan

percobaan di kebunnya untuk menyelidiki bagaimana sifat-sifat tanaman induk

diturunkan kepada keturunannya. Hasil percobaannya diumumkan pada

tahun

1865, dan sejak tahun itu ilmu tentang keturunan tumbuh dengan teori-teori yang

lebih ilmiah.

Eksperimen Mendel dimulai saat dia berada di biara Brunn didorong oleh

keingintahuannya tentang suatu ciri tumbuhan diturunkan dari induk

Gambar 61. Gregor Mendel

92 | BIOLOGI

keturunannya. Jika misteri ini dapat dipecahkan, petani dapat menanam hibrida

dengan hasil yang lebih besar. Prosedur Mendel merupakan langkah yang

cemerlang dibanding prosedur yang dilakukan waktu itu. Mendel sangat

memperhitungkan sifat atau karakter dari keturunan dan keturunan tersebut

diteliti sebagai satu kelompok, bukan sejumlah keturunan yang istimewa.

Gambar 62. Proses Penyilangan Sumber: Campbell, et al. 2009

Dia juga memisahkan berbagai macam ciri dan meneliti satu jenis ciri saja pada

waktu tertentu, tidak memusatkan perhatian pada tumbuhan secara keseluruhan.

Dalam eksperimennya, Mendel memilih tumbuhan biasa, kacang polong,

BIOLOGI | 93

sedangkan para peneliti lain umumnya lebih suka meneliti tumbuhan langka.

Seperti pada gambar 4, Mendell melakukan penyilangan terhadap kacang

polong. Dari berbagai hasil penelitiannya, Mendell mengidentifikasi tujuh ciri

berbeda yang kemudian dia teliti seperti yang ditunjukan dalam tabel 2.1 berikut

ini.

Tabel 4 Hasil penyilangan yang dilakukan oleh Mendel

Mendel menyilangkan tumbuhan tinggi dengan tumbuhan pendek dengan

menaruh tepung sari dari yang tinggi pada bunga pohon yang pendek, demikian

sebaliknya. Mendel mengharapkan bahwa semua keturunan generasi pertama

hasil persilangan itu akan berupa pohon berukuran sedang atau separuh tinggi

dan separuh pendek. Namun ternyata, semua keturunan generasi pertama

berukuran tinggi.

Rupanya sifat pendek telah hilang sama sekali. Lalu Mendel membiarkan

94 | BIOLOGI

keturunan generasi pertama itu berkembang biak sendiri menghasilkan

keturunan generasi kedua. Kali ini, tiga perempat berupa tumbuhan tinggi dan

seperempat tumbuhan pendek. Ciri-ciri yang tadinya hilang muncul kembali. Dia

menerapkan prosedur yang sama pada enam ciri lain. Dalam setiap kasus, satu

dari ciri-ciri yang berlawanan hilang dalam keturunan generasi pertama dan

muncul kembali dalam seperempat keturunan generasi kedua.

Dari percobaan tersebut, Mendell melahirkan hukum mengenai pewarisan sifat

yang dikenal dengan Hukum Mendel. Hukum ini terdiri dari dua bagian:

1. Hukum pemisahan (segregation) dari Mendel, juga dikenal sebagai Hukum

Pertama Mendel,

2. Hukum berpasangan secara bebas (independent assortment) dari Mendel,

juga dikenal sebagai Hukum Kedua Mendel.

3. Hukum Mendel

a. Hukum Mendel Pertama

Mendel menarik beberapa kesimpulan dari hasil penelitiannya. Dia menyatakan

bahwa setiap ciri dikendalikan oleh dua macam informasi, satu dari sel jantan

(tepung sari) dan satu dari sel betina (indung telur di dalam bunga). Kedua

informasi ini (kelak disebut pembawa sifat keturunan atau gen) menentukan ciri-

ciri yang akan muncul pada keturunan. Sekarang, konsep ini disebut Hukum

Mendel Pertama yaitu Hukum Segregasi Bebas. Hukum segregasi bebas

menyatakan bahwa pada pembentukan gamet, kedua gen yang merupakan

pasangan alel itu akan memisah sehingga tiap-tiap gamet menerima satu gen

dari alelnya.

Secara garis besar, hukum ini mencakup tiga pokok:

1) Gen memiliki bentuk-bentuk alternatif yang mengatur variasi pada karakter

yang sama. Ini adalah konsep mengenai alel.

2) Setiap individu diploid (2n) memiliki sepasang gen, satu dari induk jantan

dan satu dari induk betina.

3) Jika sepasang gen ini merupakan dua alel yang berbeda, alel dominan

akan terekspresikan. Alel resesif yang tidak terekspresikan, tetap akan

diwariskan pada gamet yang dibentuk.

BIOLOGI | 95

Gambar 63. Alel pada warna bunga. Alel untuk warna bunga berada pada lokus gen yang sama pada pasangan

kromosom homolog.

Untuk setiap ciri yang diteliti oleh Mendel dalam kacang polong, ada satu ciri

yang dominan sedangkan lainnya resesif. Induk galur murni dengan ciri dominan

mempunyai sepasang gen dominan (PP) dan dapat memberi hanya satu gen

dominan (P) kepada keturunannya. Induk galur murni dengan ciri yang resesif

mempunyai sepasang gen resesif (pp) dan dapat memberi hanya satu gen

resesif (p) kepada keturunannya. Maka keturunan generasi pertama menerima

satu gen dominan dan satu gen resesif (Pp) dan menunjukkan ciri-ciri gen

dominan. Bila keturunan ini berkembang biak sendiri menghasilkan keturunan

generasi kedua, sel-sel jantan dan betina masing-masing dapat mengandung

satu gen dominan (P) atau gen resesif (p). Oleh karenanya, ada empat

kombinasi yang mungkin: PP, Pp, pP dan pp. Tiga kombinasi yang pertama

menghasilkan tumbuhan dengan sifat dominan, sedangkan kombinasi terakhir

menghasilkan satu tumbuhan dengan sifat resesif.

Percobaan Mendel yang dipaparkan adalah satu contoh persilangan monohibrid

(gambar 136). Hasil dari percobaan ini menunjukkan sifat warna ungu dominan

terhadap sifat warna putih. Oleh karena itu, simbol sifat ini dilambangkan dengan

P (huruf pertama dari purple) untuk yang dominan dan p untuk yang resesif.

Dalam percobaan ini, Mendel menggunakan individu dari galur murni, yaitu

individu yang selalu menurunkan sifat kepada keturunannya yang sama dengan

sifat induknya. Sifat ini dimungkinkan jika individu itu homozigot. Ketika

pembentukan gamet (sel kelamin), kromosom terpisah dari pasangannya,

sehingga tiap gamet hanya memiliki setengah dari jumlah kromosom yang

96 | BIOLOGI

dimiliki individu.

Gambar 64. Persilangan Monohibrid Sumber : Campbell, et al. 2009

Dengan demikian setiap gamet memperoleh gen separuh dari jumlah yang

dimiliki individu. Jadi, setiap gamet memiliki satu lambang, yaitu P atau p. Oleh

karena itu genotip semua keturunan pertama (F1) adalah Pp sehingga sifatnya

yang nampak (terekspresikan) adalah warna ungu. Untuk memperoleh keturunan

kedua (F2), dilakukan perkawinan sesama keturunan pertama (F1). Genotip dari

semua keturunan pertama adalah Pp, sehingga genotip pada masing-masing

gamet (♂ dan ♀) adalah P dan p. Gamet ini akan menghasilkan keturunan kedua

(F2) dengan genotip PP (25%), Pp (50%), dan pp (25%) dan fenotip F2 adalah

warna bunga ungu (75%) dan putih (25%) seperti yang terlihat pada gambar 137

berikut ini.

BIOLOGI | 97

Gambar 65. Rasio Genotip dan Fenotip pada Persilangan Monohibrid Sumber : Campbell, et al. 2009

b. Hukum Mendel Kedua

Kemudian Mendel meneliti dua ciri sekaligus, yakni bentuk biji (bulat atau

keriput) dan warna biji (kuning atau hijau). Dia menyilang tumbuhan yang selalu

menunjukkan ciri-ciri dominan (bentuk bundar dan warna kuning) dengan

tumbuhan berciri terpendam (bentuk keriput dan warna hijau). Sekali lagi, ciri

terpendam tidak muncul dalam keturunan generasi pertama. Jadi, semua

tumbuhan generasi pertama mempunyai benih kuning bulat. Gambar 2.7

menunjukkan bahwa ada 16 kombinasi gen pada keturunan ke dua (F2). Dari 16

kombinasi ini, bulat kuning ada 9, bulat hijau ada 3, kisut kuning ada 3, dan kisut

hijau ada 1. Dengan demikian perbandingan kuning : bulat hijau : kisut kuning :

kisut hijau adalah 9 : 3 : 3 : 1. Perbandingan ini akan terpenuhi pada

pembastaran dihibrid jika dua sifat tanda beda dalam keadaan dominan penuh

dan kedua gen tersebut tidak terpaut satu sama lain.

Kacang polong yang semuanya bulat dan kuning pada turunan pertama

menunjukkan bahwa sifat bulat dominan terhadap kisut dan kuning dominan

98 | BIOLOGI

terhadap hijau. Jadi kacang polong yang berbiji bulat kuning dapat dilambangkan

dengan YYRR dan yang kisut hijau dengan yyrr.

Mendel mengecek hasil ini dengan kombinasi dua ciri lain. Perbandingan yang

sama muncul lagi. Perbandingan 9 : 3 : 3 : 1 menunjukkan bahwa kedua ciri tidak

saling tergantung, sebab perbandingan 3 : 1 untuk satu ciri bertahan dalam

setiap subkelompok ciri yang lain, dan sebaliknya. Dalam pembentukan gamet,

gen-gen membentuk kombinasi secara bebas. Hal ini menunjukkan bahwa

sepasang gen tidak dipengaruhi oleh pasangan gen lainnya. Peristiwa ini biasa

disebut hukum Mendel II atau hukum berpasangan secara bebas.

Hukum kedua Mendel menyatakan bahwa bila dua individu mempunyai dua

pasang atau lebih sifat, maka diturunkannya sepasang sifat secara bebas, tidak

bergantung pada pasangan sifat yang lain. Dengan kata lain, alel dengan gen

sifat yang berbeda tidak saling mempengaruhi. Hal ini menjelaskan bahwa gen

yang menentukan seperti tinggi tanaman dengan warna bunga suatu tanaman,

tidak saling mempengaruhi. Eksperimen Mendel (gambar 138) menunjukkan

bahwa ketika tanaman induk membentuk sel-sel reproduksi jantan dan betina,

semua kombinasi bahan genetik dapat muncul dalam keturunannya, dan selalu

dalam proporsi yang sama dalam setiap generasi. Informasi genetik selalu ada

meskipun ciri tertentu tidak tampak di dalam beberapa generasi karena

didominasi oleh gen yang lebih kuat. Dalam generasi kemudian, bila ciri dominan

tidak ada, ciri resesif itu akan muncul lagi.

Gambar 66. Persilangan Dihibri Sumber: Campbell, et al. 2009

BIOLOGI | 99

1. Polihibrid

Polihibrid adalah persilangan dua individu yang sejenis dengan tiga sifat beda

atau lebih. Apakah prinsip-prinsip Mendel juga berlaku pada polihibrid? Pada

dasarnya polihibrid sama dengan dihibrid. Sebagai contoh, persilangkan individu

dengan tiga sifat beda, yang dinyatakan dengan AABBCC dominan terhadap

aabbcc. Keturunan F1 memiliki genotip yang sama yaitu AaBbCc. Kemungkinan

kombinasi gen pada gamet-gamet yang dihasilkannya adalah: ABC, ABc, Abc,

abc, aBC, abC, AbC, abc. Jadi diperoleh 8 macam kombinasi gen pada gamet-

gamet. Dengan demikian, jika gamet-gamet ini mengadakan persilangan di

antara sesamanya maka akan dihasilkan 82 kombinasi gen pada F2, yaitu 64

macam kombinasi.

Berapa macam kombinasi gen pada gamet-gamet yang dihasilkan F1, dan

berapa jumlah kombinasi gen yang terjadi pada F2 jika terjadi persilangan antara

sesama F1 secara matematik dapat kita ramalkan sebagai berikut. Jumlah sifat

beda dinyatakan dengan angka pangkat dari bilangan pokok 2. Misalnya, macam

kombinasi gen pada gamet-gamet yang dihasilkan F1 pada 3 sifat beda adalah

23 yaitu 8 macam kombinasi gen. Dengan demikian kombinasi gen pada F2 hasil

persilangan antara sesama F1 adalah 82 yaitu 64 kombinasi. Tabel 2 di bawah

ini menunjukkan kemungkinan kombinasi gen yang terjadi pada gamet-gamet

yang dihasilkan F1 dan kombinasi gen (genotip) serta fenotip pada F2’

Tabel 5 Hubungan antara jumlah sifat beda dengan jumlah kombinasi gen pada gamet yang dihasilkan F1, genotip dan fenotip F2

Jumlah

sifat beda

Jumlah kombinasi gen pada gamet F1

Kemungkinan terjadinya genotif

F2

Kemungkinan

terjadinya

fenotip F2

Pemisahan fenotip

1 21

= 2 31 = 3 2 3 : 1

2 22 = 4 3

2 = 9 4

3 23 = 8 3

3 = 27 8 9 : 3 : 3 : 1

4 24 = 16 3

4 = 81 16 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3: 3 : 1

81 : 27 : 27 : 27 : 27 :

9 : 9

N 2n

3n

2n

: 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 3 :

3 : 1

100 | BIOLOGI

Untuk memudahkan pemisahan fenotip, berikut ini diberikan contoh persilangan

pentahibrid dengan menggunakan segi tiga pascal dalam menentukan

perbandingan fenotip F2.

Segi tiga pascal

1

1 2 1

1 3 3 1

1 4 6 4 1

1 5 10 10 5 1

2. Pentahibrid

Kemungkinan perbandingan fenotip F2 adalah:

3n : 3n-1

: 3n-2

: 3n-3

: 3n-4

: 3n-5

1 5 10 10 5 1

Jumlah sifat beda = n = 5

Jadi kemungkinan perbandingan fenotip F2 adalah:

35 : 35-1 : 35-2 : 35-3 : 35-4 : 35-5

=

1 5 10 10 5 1

35 : 34 : 33 : 32 : 31 : 30

=

1 5 10 10 5 1

243 : 81 : 27 : 9 : 3 : 1

=

1 5 10 10 5 1

BIOLOGI | 101

Jadi pemisahan fenotip F2 adalah:

243 : 81 ; 81 : 81 ; 81 : 81 : 27 : 27 : 27 : 27 : 27 : 27 : 27 : 27 :

27 :27 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3

: 3 : 3 : 3 :1

3. Interaksi Gen

Pada tahun 1906, W. Bateson dan R.C Punnet menemukan bahwa pada

persilangan F2 dapat menghasilkan rasio fenotipe 14 : 1 : 1 : 3. Mereka

menyilangkan kacang kapri berbunga ungu yang serbuk sarinya lonjong dengan

bunga merah yang serbuk sarinya bulat. Rasio fenotipe dari keturunan ini

menyimpang dari hukum Mendel yang seharusnya pada keturunan kedua (F2)

perbandingan rasionya 9 : 3 : 3 : 1.

Tahun 1910 T.H. Morgan, seorang sarjana Amerika dapat memecahkan misteri

tersebut. Morgan menemukan bahwa kromosom mengandung banyak gen dan

mekanisme pewarisannya menyimpang dari Hukum II Mendel. Pada lalat buah,

sampai saat ini telah diketahui kira-kira ada 5.000 gen, sedangkan lalat buah

hanya memiliki 4 pasang kromosom saja.

Berarti, pada sebuah kromosom tidak terdapat sebuah gen saja, melainkan

puluhan bahkan ratusan gen. Pada umumnya, gen memiliki pekerjaan sendiri-

sendiri untuk menumbuhkan sifat, tetapi ada beberapa gen yang berinteraksi

atau dipengaruhi oleh gen lain untuk menumbuhkan sifat. Gen tersebut mungkin

terdapat pada kromosom yang sama atau pada kromosom yang berbeda.

Interaksi antargen akan menimbulkan perbandingan fenotipe yang keturunannya

menyimpang dari hukum Mendel, keadaan ini disebut penyimpangan semu

hukum Mendel. Jika pada persilangan dihibrid, menurut Mendel perbandingan

fenotipe F2 adalah 9 : 3 : 3 : 1, pada penyimpangan semu perbandingan tersebut

dapat menjadi (9 : 3 : 4), (9 : 7), atau (12 : 3 : 1).

Perbandingan tersebut merupakan modifikasi dari 9 : 3 : 3 : 1. Interaksi gen yang

menyebabkan terjadinya penyimpangan hukum Mendel terdapat 4 bentuk,

yaitu polimeri, kriptomeri, epistasis, hipostasis, dan komplementer.

102 | BIOLOGI

a. Polimeri

Sifat yang muncul pada pembastaran heterozigot dengan sifat beda yang berdiri

sendiri-sendiri tetapi mempengaruhi karakter dan bagian organ tubuh yang sama

dari suatu organisme disebut polimeri.

Pada salah satu percobaannya, Nelson Ehle, menyilangkan gandum berbiji

merah dengan gandum berbiji putih, fenotipe F1 semua berbiji merah tetapi tidak

semerah biji induknya (Gambar 139). Pada kasus ini, seolah-olah terjadi

peristiwa dominan tidak penuh, sedangkan pada F2 diperoleh keturunan dengan

ratio fenotipe 15 merah dan 1 putih adalah berasal dari penggabungan

(9+3+3):1, berwarna merah ada 4 variasi yaitu merah tua, merah sedang, merah

muda, dan merah muda sekali, sedangkan berwarna putih hanya ada 1 variasi,

maka percobaan ini dikatakan bahwa pembastaran tersebut adalah dihibrida dan

dua pasang alel yang berlainan tadi sama-sama mempengaruhi sifat yang sama

yaitu warna bunga.

Apabila gen yang menimbulkan pigmen merah diberi simbol M1 dan M2, alel

yang mengakibatkan tidak terbentuknya warna diberi simbol m1 dan m2, maka

dapat digambarkan dalam diagram persilangan sebagai berikut. Perhatikan

peristiwa polimeri pada persilangan antara gandum merah dan gandum putih

BIOLOGI | 103

Gambar 67. Persilangan Polimeri

b. Kriptomeri

Kriptomeri adalah gen dominan yang seolah-olah tersembunyi apabila berdiri

sendiri-sendiri dan pengaruhnya baru tampak apabila bersama-sama dengan

gen dominan lainnya. Correns pernah menyilangkan tumbuhan Linaria

maroccana berbunga merah galur murni dengan yang berbunga putih juga galur

murni (Gambar 140). Diperoleh F1 semua berbunga ungu, sedangkan F2 terdiri

atas tanaman Linaria maroccana berbunga ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4.

104 | BIOLOGI

Gambar 68. Kriptomeri

Berdasarkan penyelidikan terhadap plasma sel bunga Linaria, ternyata warna

merah disebabkan oleh adanya pigmen antosianin dalam lingkungan plasma sel

yang bersifat asam, sedangkan dalam lingkungan basa akan memberikan warna

ungu. Tetapi apabila dalam plasma sel tidak terdapat antosianin, dalam

lingkungan asam atau basa tetap akan membentuk warna putih.

Apabila:

A = ada bahan dasar pigmen antosianin,

a = tidak ada bahan dasar pigmen antosianin,

B = reaksi plasma sel bersifat basa, dan b = reaksi plasma sel bersifat asam.

b = reaksi plasma sel bersifat asam

Gen A dominan terhadap a, dan gen B dominan terhadap b, sehingga diagram

persilangannya dapat digambarkan, seperti pada diagram berikut. Perhatikan

diagram peristiwa kriptomeri pada Linaria maroccana yang menghasilkan

kombinasi ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4.

BIOLOGI | 105

Individu genotipe F2 mempunyai:

1) A.B (antosianin dalam lingkungan basa) warna bunganya ungu sebanyak 9

kombinasi.

2) A.bb (antosianin dalam lingkungan asam) warna bunganya merah sebanyak

3 kombinasi.

3) aaB. dan aa bb (tidak mengandung antosianin) warna bunganya putih

sebanyak 4 kombinasi.

c. Epistasis dan Hipostasis

Epistasis dan hipostasis adalah salah satu bentuk interaksi antara gen. Pada

peristiwa inisuatu gen akan menutupi gen lain yang bukan alelnya. Gen yang

menutup gen lainnya disebut epistasis dan gen yang tertutup itu disebut hipostasis.

Peristiwa ini terjadi baik pada tumbuhan, hewan, maupun manusia. Pada

tumbuhan, peristiwa epistasis dan hipostasis dijumpai pada warna kulit gandum

dan warna kulit labu squash, sedangkan pada hewan dapat dijumpai bulu mencit.

Pada manusia, peristiwa tersebut juga dapat dijumpai misalnya pada warna mata.

Nelson Ehle mengadakan percobaan persilangan dengan objek tanaman gandum.

Gandum berkulit biji hitam disilangkan dengan gandum berkulit putih kuning.

Hasilnya (F1) 100% berkulit biji hitam. Pada F2 diharapkan akan dihasilkan

keturunan dengan fenotipe 75% hitam dan 25% kuning, tetapi ternyata tidak

demikian, hasil yang diperoleh mempunyai perbandingan sebagai berikut 12

hitam : 3 kuning : 1 putih. Persilangan ini mirip prinsip Mendel yaitu (9 + 3) : 3 :

1.

Setelah dianalisis, ternyata gen yang menimbulkan pigmentasi hitam dan kuning

berdiri sendiri-sendiri dan keduanya merupakan faktor dominan terhadap faktor

putih. Jadi, gen H (hitam) dominan terhadap h (putih) gen K (kuning) dominan

terhadap k (putih). Perhatikan diagram persilangan antara gandum berkulit biji

hitam HHkk dengan gandum berkulit biji kuning hhKK berikut!

106 | BIOLOGI

Genotipe F1 Hhkk fenotipenya adalah hitam. Ini menunjukkan bahwa faktor H

menutup faktor K, faktor H disebut epistasis dan faktor K disebut hipostasis. Jika

F1 mengadakan meiosis akan menghasilkan gamet Hk, Hk, hK, dan hk, sehingga

kemungkinan kombinasi F2 adalah seperti diagram berikut.

Peristiwa hipostasis dan epistasis menghasilkan kombinasi yaitu hitam : kuning :

putih = 12 : 3 : 1.

Keterangan:

Semua kombinasi yang mengandung H, fenotipenya adalah hitam. Kombinasi

yang mengandung faktor dominan K hanya menampakkan warna kuning jika

bersama faktor H. Kemungkinan kombinasi 1/16 adalah kombinasi dua faktor

resesif dari kedua pasangan alel hhkk. Individu ini tidak mengandung faktor

dominan dan menampakkan warna putih. Ini adalah jenis homozigot baru yang

hanya mungkin timbul dari persilangan dihibrid.

d. Komplementer

Salah satu tipe interaksi gen-gen pada organisme adalah saling mendukung

munculnya suatu fenotipe atau sifat. W. Bateson dan R.C. Punnet yang bekerja

pada bunga Lathyrus adoratus menemukan kenyataan ini.

Mereka melakukan persilangan sesama bunga putih dan menghasilkan keturunan

F2 bunga berwana ungu seluruhnya. Pada persilangan bunga-bunga berwarna

ungu F2, ternyata dihasilkan bunga dengan warna putih dalam jumlah yang

banyak dan berbeda dengan perkiraan sebelumnya, baik hukum Mendel atau sifat

kriptomeri.

Penelitian lebih lanjut yang dilakukan oleh keduanya mengungkapkan ada dua

gen yang berinteraksi memengaruhi warna bunga, yakni gen yang mengontrol

BIOLOGI | 107

munculnya bahan pigmen (C) dan gen yang mengaktifkan bahan tersebut (P). Jika

keduanya tidak hadir bersamaan, tentu tidak saling melengkapi antara sifat satu

dengan yang lainnya dan menghasilkan bunga dengan warna putih (tidak

berpigmen). Apabila tidak ada bahan pigmen, tentu tidak akan muncul warna,

meskipun ada bahan pengaktif pigmennya.

Begitupun sebaliknya, apabila tidak ada pengaktif pigmen maka pigmen yang

telah ada tidak akan dimunculkan dan tetap menghasilkan bunga tanpa pigmen

(berwarna putih). Persilangan yang dilakukan oleh Bateson dan Punnet dapat

diamati pada diagram berikut ini.

Sifat yang dihasilkan oleh interaksi gen yang saling melengkapi dan bekerja sama

ini dinamakan dengan komplementer. Ketidakhadiran sifat dominan pada suatu

pasangan gen tidak akan memunculkan sifat fenotipe dan hanya akan muncul

apabila hadir bersama - sama dalam pasangan gen dominannya.

Contoh: Perkawinan pria bisu tuli dengan wanita bisa tulis.

Perbandingan fenotip F2: normal : bisu tuli = 9 : 7

P1 ♀ rrBB X

♂ RRbb

G

bisu tuli

rB

bisu tuli

Rb

F1 RrBb

Normal

Gamet RB, Rb, rB, rb

♂ ♀

RB Rb rB rb

RB RRBB

normal

RRBb

normal

RrBB

normal

RrBb

normal

Rb RRBb

normal

RRbb

bisu tuli

RrBb

normal

Rrbb

bisu tuli

rB RrBB

normal

RrBb

normal

rrBB

bisu tuli

rrBb

bisu tuli

rb RrBb

normal

Rrbb

bisu tuli

rrBb

bisu tuli

rrbb

bisu tuli

108 | BIOLOGI

D. Rangkuman

Setiap individu mempunyai sifat yang beragam. Sifat ini diturunkan dari induk ke

keturunannya melalui perkawinan/persilangan. Sifat ini dibentuk oleh faktor

pembawa sifat keturunan yang disebut gen. Gen terletak dalam inti sel, yaitu

pada kromosom. Gen baru diketemukan oleh Crick dan Watson pada tahun

1953. Gen, kromosom dan DNA merupakan materi genetik, yang berkaitan

dengan proses pewarisan sifat.

Sintesis protein merupakan suatu proses yang komplek, termasuk di dalamnya

penerjemahan kode-kode pada RNA menjadi polipeptida. Sintesis protein

melibatkan DNA, RNA, ribosom, asam amino, dan enzim. Sintesis protein terdiri

dari dua tahap yaitu transkripsi dan translasi .

Mendel melakukan persilangan dua individu dengan satu sifat beda (monohibrid),

yaitu kacang polong berbiji bulat (BB) dengan kacang polong berbiji kisut (bb).

Biji bulat atau kisut yang tampak pada biji kacang polong disebut fenotip,

sedangkan susunan gennya disebut genotip (misalnya BB dan bb). Individu yang

mempunyai fenotip sama, belum tentu mempunyai genotip sama, tetapi individu

yang mempunyai genotip sama dapat dipastikan mempunyai fenotip yang sama.

Persilangan dua individu tidak terbatas dengan satu sifat beda (monohibrid),

tetapi dapat juga persilangan dengan dua sifat beda (dihibrid), tiga sifat beda

(trihibrid), empat sifat beda (tetrahibrid) atau banyak sifat beda (polihibrid).